科学家成功合成一种高效电解水催化剂

近日，中科院理化所研究员张铁锐团队成功合成一种高效电解水催化剂，实现了低电压下高效活化水分子，为未来解决氢能危机提供了可能。

多年来，张铁锐带领团队围绕一种被称为“水滑石”矿物黏土的纳米结构开展了深入研究。该项研究中，研究人员通过精准调控水滑石前体形貌，经高温煅烧合成了超薄超小NiO/TiO2异质纳米结构。二维纳米材料因为具有独特的超薄纳米结构和优越的导电性，引发了材料学家的广泛关注。而水滑石作为自然普遍存在的矿物黏土，其结构可控、易于工业化，已在沥青耐老化紫外阻隔剂、塑料农膜红外吸收剂、PVC热稳定剂以及涂料、工业废水吸附剂、工业催化剂等方面实现应用。

据赵宇飞博士介绍，这一结构在电催化分解水产氧方面展现了优越的催化性能。精细结构表征表明，这一结构不仅具有活性面，还伴随了镍空位的存在，有利于和水分子的键合。而异质结构丰富的界面则进一步促进了电催化分解水产氧的反应进行。

同时，研究证实，该催化剂合成方法简单、采用自然界储量丰富的非贵金属作为原料，所获得的超薄超小NiO材料在电催化分解水、电容器等方面具有应用价值，也适用于制备其他金属氧化物纳米片电催化剂。

在此之前，该研究小组通过调控水滑石纳米材料的堆叠厚度，实现了光催化还原二氧化碳。并以水滑石为载体，通过高温氨化，实现了全分解水纳米Ni3FeN电催化剂，有望实现产业化。研究人员还通过高温还原制备了界面丰富的Ni/NiO异质纳米结构，在可见光驱动CO加氢制备高级烃方面实现了突破。除此之外，研究人员还围绕水滑石基纳米结构转变为氮化物、氧化物的拓扑过程，从原子层次深入揭示了催化材料结构与性能的关联，所获得的催化材料在光电催化方面显示了极强的结构可调优势，为设计高性能光电催化材料提供了思路。

相关研究工作得到了科技部国家重点基础研究计划、国家自然科学基金委优秀青年科学基金项目、国家自然科学基金委青年基金项目、国家万人计划-青年拔尖人才支持计划、中国科学院前沿科学重大突破项目的大力支持。